Header Page of 126 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Ngân NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN HẤP PHỤ HƠI BENZEN CỦA THAN HOẠT TÍNH, ZEOLIT A, ZEOLIT Y, ZEOLIT MOR VÀ ĐỊNH HƢỚNG XỬ LÝ HƠI BENZEN TRONG MÔI TRƢỜNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội, 2017 Footer Page of 126 Header Page of 126 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Ngân NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN HẤP PHỤ HƠI BENZEN CỦA THAN HOẠT TÍNH, ZEOLIT A, ZEOLIT Y, ZEOLIT MOR VÀ ĐỊNH HƢỚNG XỬ LÝ HƠI BENZEN TRONG MÔI TRƢỜNG Chuyên ngành: Hóa môi trường Mã số: 60440120 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Trần Thị Thanh Vân PGS.TS Đỗ Quang Trung Hà Nội, 2017 Footer Page of 126 Header Page of 126 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Trần Thị Thanh Vân thầy giáo PGS.TS Đỗ Quang Trung giao đề tài nhiệt tình giúp đỡ em, cho em kiến thức quí báu trình nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô Phòng thí nghiệm Hóa môi trường tạo điều kiện tận tình hướng dẫn em suốt thời gian làm nghiên cứu Cảm ơn thầy cô Khoa Hóa học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên tạo điều kiện giúp đỡ em trình làm thực nghiệm Xin chân thành cảm ơn học viên phòng thí nghiệm Hóa môi trường nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Hương giúp đỡ trình tìm tài liệu làm thực nghiệm Em xin chân thành cảm ơn! Học viên Nguyễn Thị Ngân Footer Page of 126 Header Page of 126 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ………………………………………………………………………… Chương 1: TỔNG QUAN ………………………………………… ………………3 1.1 Quá trình phát sinh độc tính benzen không khí ……………….3 1.2 Quá trình vận chuyển tồn lưu benzen không khí ………… ….7 1.3 Các phương pháp xử lý benzen không khí ………………………… 10 Chương 2: THỰC NGHIỆM ………………………………………………………19 2.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu ………………………………… ………Error! Bookmark not defined 2.2 Hóa chất, thiết ……………… …………………………………………….Error! Bookmark not defined 2.2.1 Hóa chất …………………………………………………….Error! vật liệu Bookmark not defined 2.2.2 Thiết bị ……… ……………………………………………………… Error! Bookmark not defined 2.3 Các phương pháp đánh giá tính chất đặc trưng vật liệu ……………….Error! Bookmark not defined 2.4 Khảo sát khả hấp phụ benzen ………………… ……………… Error! Bookmark not defined 2.4.1 Khảo sát điều kiện vận hành thiết bị ………………….……………… Error! Bookmark not defined 2.4.2 Khảo sát khả hấp phụ benzen loại vật liệu ………….Error! Bookmark not defined Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO …………………………………… …Error! Bookmark not defined Footer Page of 126 LUẬN Header Page of 126 3.1 Đánh giá tính chất đặc trưng vật liệu ………………………………… Error! Bookmark not defined 3.1.1 Than hoạt tính ………………………………………………………….Error! Bookmark not defined 3.1.2 Đặc trưng cấu trúc bề mặt zeolit ……………………………… …Error! Bookmark not defined 3.2 Khảo sát khả tạo benzen ……………………………….… …….Error! Bookmark not defined 3.3 Khảo sát khả hấp phụ benzen than hoạt tính ……………… Error! Bookmark not defined 3.3.1 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc theo tầng rỗng đến trình loại bỏ benzen…………….……………………………………………………… Error ! Bookmark not defined 3.3.2 Ảnh hưởng nồng độ đầu đến khả hấp phụ benzen THT …Error! Bookmark not defined 3.3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả hấp phụ benzen THT …….Error! Bookmark not defined 3.4 Khảo sát khả hấp phụ benzen số loại zeolit (A, Y, MOR) Error! Bookmark not defined 3.4.1 Ảnh hưởng nồng độ đầu đến khả hấp phụ benzen zeolit Error! Bookmark not defined 3.4.1 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc theo tầng rỗng đến trình loại bỏ benzen …………….……………………………………………………….Error! Bookmark not defined 3.4.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả hấp phụ benzen zeolit ……Error! Bookmark not defined Footer Page of 126 Header Page of 126 3.5 Định hướng ứng dụng xử lý benzen môi trường …………………Error! Bookmark not defined KẾT ……………………………………………………………………… Error! Bookmark not defined Footer Page of 126 LUẬN Header Page of 126 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Tính chất đặc trưng cấu trúc lỗ xốp số loại zeolit …………… 18 Bảng 3.1 Thành phần hoá học bề mặt mẫu zeolit ……………………… Error! Bookmark not defined Bảng 3.2 Đặc trưng cấu trúc lỗ xốp zeolit HY, A, MOR ……………… … Error! Bookmark not defined Bảng 3.3: Nồng độ benzen dung dịch hấp thụ nhiệt độ khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.4: Hàm lượng benzen 40 0C lưu lượng khí khác ………………Error! Bookmark not defined Bảng 3.5: Ảnh hưởng tốc độ dòng khí đến dung lượng hấp phụ THT… Error! Bookmark not defined Bảng 3.6 Ảnh hưởng nồng độ benzen ban đầu đến khả hấp phụ benzen THT ………………………………………………………………………… Error! Bookmark not defined Bảng 3.7 Ảnh hưởng nồng độ benzen ban đầu đến khả hấp phụ benzen zeolit ………………………………………………………………………….Error! Bookmark not defined Bảng 3.8: Ảnh hưởng tốc độ dòng khí đến dung lượng hấp phụ Z-Y … Error! Bookmark not defined Bảng 3.9: Ảnh hưởng tốc độ dòng khí đến dung lượng hấp phụ Z-M ….Error! Bookmark not defined Footer Page of 126 Header Page of 126 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sự phát sinh VOCs vào không khí [1] ……………………………….3 Hình 1.2: Sự phân bố tích tụ benzen thể ………………………… Hình 1.3: Các phương pháp xử lý dung môi hữu ………………………………10 Hình 1.4: Sự di chuyển chất bị hấp phụ bề mặt riêng THT …… 15 Hình 1.5: Cấu trúc zeolit A, Y, MOR …………………………………………16 Hình 1.6: hình ảnh n-hexan lỗ trỗng zeolit MFI, BEA, STT, CHA 18 Hình 2.1 Mặt trước thiết bị ………………………………………………… Error! Bookmark not defined Hình 2.2: Các phận bên thiết bị ………………………………………….Error! Bookmark not defined Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị …………………………………Error! Bookmark not defined Hình 2.4: Biểu thị phụ thuộc đại lượng hấp phụ vào áp suất …………………Error! Bookmark not defined Hình 3.1 Ảnh SEM mẫu THT ……………………………………………… Error! Bookmark not defined Hình 3.2 Phổ hồng ngoại mẫu THT ………………………………………….Error! Bookmark not defined Hình 3.3 Đường hấp phụ - giải hấp phụ nitơ mẫu THT …………………… Error! Bookmark not defined Hình 3.4: Ảnh SEM mẫu zeolit HY, MOR, A ……………………………… Error! Bookmark not defined Hình 3.5: Phổ IR mẫu Zeolit A ……………………………………………….Error! Bookmark not defined Hình 3.6: Phổ IR mẫu Zeolit HY …………………………………………… Error! Bookmark not defined Hình 3.7: Phổ IR mẫu MOR ………………………………………………….Error! Bookmark not defined Footer Page of 126 Header Page of 126 Hình 3.8: Kết đo EDX mẫu zeolit ……………………………………… Error! Bookmark not defined Hình 3.9: Đường cong thoát trình hấp phụ benzen THT tốc độ dòng khác ……………………………………………………………………Error! Bookmark not defined Hình 3.10: Đường cong tích lũy benzen THT 40 500C …………….Error! Bookmark not defined Hình 3.11: Đường cong thoát trình hấp phụ benzen Z-Y tốc độ dòng khác ……………………………………………………………… Error! Bookmark not defined Hình 3.12: Đường cong thoát trình hấp phụ benzen Z-M tốc độ dòng khác ……………………………………………………………………Error! Bookmark not defined Hình 3.13: Đường cong tích lũy benzen Z-M 40 500C …………… Error! Bookmark not defined Hình 3.14: Đường cong tích lũy benzen Z-Y 40 500C …………… Error! Bookmark not defined Hình 3.15: Mô hình tương tác benzen zeolit HY ………………………Error! Bookmark not defined Hình 3.16: Sơ đồ xử lý VOCs sử dụng than hoạt tính ……………………………Error! Bookmark not defined Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT THT Than hoạt tính Z-Y Zeolit HY Z-A Zeolit A Z-M Zeolit modernit hay MOR IR Phổ hồng ngoại SEM Kính hiển vi điện tử quét EDX Phổ tán xạ lượng tia X VOCs Dung môi hữu dễ bay (Volatile organic compounds) Footer Page 10 of 126 Header Page 19 of 126 Trong đó, sản phẩm benzyl nitrat tạo thành từ phản ứng NO với gốc benzyl peroxyl nhiệt độ thường áp suất khí chiếm 10 đến 12% Khi xảy tượng lắng đọng lên bề mặt nước, thực vật, bề mặt chất rắn gọi chung trình lắng đọng khô Quá trình lắng đọng khô bao gồm hai trình trình vận chuyển chất hóa học (các tác nhân gây ô nhiễm dung môi hữu cơ) lên bề mặt bị lắng đọng phạm vi lớp biên không khí trình hấp phụ phản ứng tác nhân bề mặt với nguyên tố bề mặt Tuy nhiên, trình lắng động khô quan trọng đa số hợp chất hữu Ví dụ metan nhiễm vào đất thời gian sống 160 năm Sự vận chuyển chất khí xảy kết tủa gọi trình lắng đọng ướt, kết chất kết hợp với để kết tủa lại cuối theo trình mưa mà xuống bề mặt rắn, nước Vì vậy, dung môi hữu thải môi Footer Page 19 of 126 Header Page 20 of 126 trường với hàm lượng lớn gây ảnh hưởng trực tiếp đến người hệ động thực vật, nguồn nước, đất,… 1.3 Các phƣơng pháp xử lý benzen không khí Có nhiều phương pháp để xử lý dung môi hữu dễ bay benzen, nhiên trình chia làm hai loại phân hủy (phương pháp oxi hóa, lọc sinh học) thu hồi sau sử dụng phương pháp hấp phụ, hấp thụ, ngưng tụ phân tách qua màng, phương pháp xử lý dung môi hữu cho hình sau: Phƣơng pháp xử lý VOCs Thu hồi Phân hủy Oxi hóa Oxi hóa nhiệt Sinh học Oxi hóa xúc tác Ngưng tụ RF R Hấp phụ Hấp phụ sở zeolit Hấp thụ Phân tách qua màng Hấp phụ sở than hoạt tính Hình 1.3: Các phương pháp xử lý dung môi hữu * Phương pháp phân huỷ: Trong phương pháp phân hủy phương pháp oxi hóa xúc tác oxi hóa nhiệt (thiêu đốt), oxi hóa nhiệt kết hợp với xúc 10 Footer Page 20 of 126 Header Page 21 of 126 tác sử dụng nhiều nhất: Phương pháp thiêu đốt áp dụng phổ biến thường áp dụng số trường hợp sau: thành phần lớn có khí thải chất có mùi khó chịu cháy được, kết hợp với oxi điều kiện thích hợp để thành chất độc hại * Phương pháp thu hồi Đối với trình thu hồi để xử lý thường dùng phương pháp sau: + Phương pháp hấp thụ + Phương pháp ngưng tụ kết hợp với sinh hóa + Phương pháp hấp phụ, hấp phụ kết hợp với oxi hóa khử Trong đó: - Phương pháp hấp phụ: Hấp phụ phương pháp sử dụng nhiều để xử lý ô nhiễm môi trường không khí gây dung môi hữu Đặc biệt phương pháp sử dụng hiệu trình sản xuất không liên tục, dung môi phát sinh không lớn chất cần xử lý có giá trị thu hồi cao Trong trình xử lý phương pháp hấp phụ việc lựa chọn loại vật liệu hấp phụ có vai trò quan trọng định đến hiệu trình xử lý Vật liệu hấp phụ thường sử dụng có kích thước vài chục đến hàng trăm µm, số trường hợp lên đến vài chục mm Các vật liệu có diện tích bề mặt riêng thể tích lỗ xốp lớn, đường kính mao quản vật liệu lớn lần tương đương với đường kính động học chất bị hấp phụ Bên cạnh tính chất đặc trưng cấu trúc bề mặt, loại vật liệu hấp phụ có đặc tính riêng biệt phụ thuộc vào thành phần hóa học chúng Chính đặc điểm đường kính mao quản chất hóa học vật liệu hấp phụ định đến tính chất hấp phụ chọn lọc vật liệu nghiên cứu Hiện nay, loại vật liệu lựa chọn để hấp phụ dung môi hữu bao gồm: than hoạt tính, zeolit, zeolit biến tính, γ-Al2O3, bentonit, silicagel, 11 Footer Page 21 of 126 Header Page 22 of 126 Phương pháp oxi hóa Xử lý benzen hay VOCs phương pháp oxi hóa nhiệt oxi hóa xúc tác phương pháp phân hủy để xử lý dung môi hữu dễ bay dùng nhiều Đặc biệt lưu lượng khí thải thay đổi giới hạn cho phép không ảnh hưởng nhiều đến hiệu xử lý áp dụng phương pháp Ngoài ra, phương pháp có hiệu cao việc xử lý chất ô nhiễm mà phương pháp khác xử lý không hiệu Tuy nhiên, trình xử lý phương pháp oxi hóa nhiệt oxi hóa xúc tác thường đòi hỏi chi phí cao cho thiết bị, thường phải bổ sung thêm nhiên liệu xúc tác cho trình thiêu đốt để đảm bảo oxi hóa hoàn toàn chất cần xử lý Ngoài ra, phương pháp phát sinh trình ô nhiễm thứ cấp khó kiểm soát trình đốt cháy không hoàn toàn Các tác nhân thường sử dụng làm chất xúc tác xử lý VOCs như: kim loại quý, oxi kim loại chuyển tiếp, oxit hỗn hợp peroskit hay spinen,… tác nhân mang chất C hoạt tính, zeolit, nhôm oxit,… Tahir Koh nghiên cứu dãy oxit kim loại (Mn, Co, Cu, Ce, Ni) SnO2 làm chất xúc tác để oxi hóa VOCs [28] Các oxit nghiên cứu cho thấy hầu hết chúng có hoạt tính xúc tác Khi nghiên cứu mức độ ổn định xúc tác này, kết cho thấy hệ xúc tác MnOx/SnO2 thể mức ổn định cao so sánh với xúc tác oxit kim loại khác Sự ảnh hưởng cấu trúc tinh thể tọa độ cation xúc tác oxit hỗn hợp sở Ni-Mn để oxi hóa hyđrocacbon nghiên cứu Mehandjiev cộng [8] Họ cho dạng oxit hỗn hợp perovskit NiMnO3 thể hoạt tính oxi hóa etyl axetat benzen cao so sánh với dạng oxit hỗn hợp spinen NixMn3-xO4 B Silva cộng (2011), nghiên cứu chế tạo vật liệu Cr-Zeolit Y ứng dụng làm xúc tác oxi hóa VOCs: vật liệu chế tạo chứa 0.9 % Cr lựa chọn để oxi hóa số tác nhân VOCs bao gồm etyl axetat, etanol, toluen Từ kết thử nghiệm cho thấy có mặt Cr có hoạt tính cao so với có vật liệu 12 Footer Page 22 of 126 Header Page 23 of 126 zeolit, trình oxi hóa đến sản phẩm cuối CO2[8] Phương pháp hấp phụ Xử lý VOCs hay benzen phương pháp hấp phụ thường sử dụng dung lượng dòng khí thải chất thải nhỏ, yêu cầu khắt khe trình xử lý, không phát sinh chất gây ô nhiễm thứ cấp Đối với phương pháp việc lựa chọn chất hấp phụ phù hợp tác nhân cần xử lý quan trọng, định đến hiệu xử lý công nghệ xử lý Hiện nay, số chất hấp phụ thường sử dụng công nghiệp đời sống như: than hoạt tính, zeolit, số loại khoáng sét, nhôm oxit, silicagel, loại vật liệu biến tính; than hoạt tính zeolit sử dụng nhiều công nghiệp Ứng dụng than hoạt tính zeolit hấp phụ benzen Hấp phụ benzen than hoạt tính Than hoạt tính với xếp ngẫu nhiên vi tinh thể với liên kết ngang bền chúng, làm cho than hoạt tính có cấu trúc lỗ xốp phát triển Vì vậy, chúng ứng dụng nhiều làm vật liệu xử lý môi trường, đặc biệt sử dụng làm vật liệu hấp phụ loại khí độc hại có không khí [5, 6, 18, 20, 21, 36, 40] Một số đặc trưng cấu trúc xốp than hoạt tính: Than hoạt tính vi lỗ xốp tạo mức độ đốt cháy (burn-off) nhỏ 50% than hoạt tính lỗ macro mức độ đốt cháy lớn 75% Khi mức độ đốt cháy khoảng 50 - 75% sản phẩm có hỗn hợp cấu trúc lỗ xốp chứa tất loại lỗ.Nói chung than hoạt tính có bề mặt riêng phát triển thường đặc trưng cấu trúc nhiều đường mao dẫn phân tán, tạo nên từ lỗ với kích thước hình dạng khác Người ta khó đưa thông tin xác hình dạng lỗ xốp Có vài phương pháp sử dụng để xác định hình dạng lỗ, phương pháp xác định than thường có dạng mao dẫn mở hai đầu có đầu kín, thông thường có dạng rãnh, dạng chữ V nhiều dạng khác Các lỗ chia thành nhóm, lỗ nhỏ, lỗ trung lỗ lớn 13 Footer Page 23 of 126 Header Page 24 of 126 - Lỗ nhỏ (Micropores) có kích thước cỡ phân tử, bán kính hiệu dụng nhỏ 2nm Sự hấp phụ lỗ xảy theo chế lấp đầy thể tích lỗ, không xảy ngưng tụ mao quản Năng lượng hấp phụ lỗ lớn nhiều so với lỗ trung hay bề mặt không xốp nhân đôi lực hấp phụ từ vách đối diện vi lỗ Nói chung chúng tích lỗ từ 0.15 - 0.7cm3/g Diện tích bề mặt riêng lỗ nhỏ chiếm 95% tổng diện tích bề mặt than hoạt tính Dubinin đề xuất thêm cấu trúc vi lỗ chia nhỏ thành cấu trúc vi lỗ bao gồm vi lỗ đặc trưng với bán kính hiệu dụng nhỏ 0.6 - 0.7nm siêu vi lỗ với bán kính hiệu dụng từ 0.7 đến 1.6nm Cấu trúc vi lỗ than hoạt tính xác định rõ hấp phụ khí, công nghệ tia X - Lỗ trung (Mesopore) hay gọi lỗ vận chuyển có bán kính hiệu dụng từ đến 50 nm, thể tích chúng thường từ 0.1 đến 0.2cm3/g Diện tích bề mặt lỗ chiếm không 5% tổng diện tích bề mặt than Tuy nhiên, phương pháp đặc biệt người ta tạo than hoạt tính có lỗ trung lớn hơn, thể tích lỗ trung đạt từ 0.2 - 0.65cm3/g diện tích bề mặt chúng đạt 200m2/g Các lỗ đặc trưng ngưng tụ mao quản chất hấp phụ với tạo thành mặt khum chất lỏng bị hấp phụ - Lỗ lớn (Macropore) nhiều ý nghĩa trình hấp phụ than hoạt tính chúng có diện tích bề mặt nhỏ không vượt 0.5m2/g Chúng có bán kính hiệu dụng lớn 50nm thường khoảng 500- 2000nm với thể tích lỗ từ 0.2 - 0.4cm3/g Chúng hoạt động kênh cho chất bị hấp phụ vào lỗ nhỏ lỗ trung Các lỗ lớn không lấp đầy ngưng tụ mao quản Trong đó, lỗ nhỏ chiếm diện tích bề mặt thể tích lớn đóng góp lớn vào khả hấp phụ than hoạt tính, miễn kích thước phân tử chất bị hấp phụ không lớn để vào lỗ nhỏ Lỗ nhỏ lấp đầy áp suất tương đối thấp trước bắt đầu ngưng tụ mao quản Mặt khác, lỗ trung lấp đầy áp suất tương đối cao với xảy ngưng tụ mao quản Lỗ lớn cho phân tử chất bị hấp phụ di chuyển nhanh tới lỗ nhỏ [4] 14 Footer Page 24 of 126 Header Page 25 of 126 Hình 1.4: Sự di chuyển chất bị hấp phụ bề mặt riêng THT Bên cạnh cấu trúc tinh thể cấu trúc lỗ xốp, than hoạt tính có cấu trúc hóa học Khả hấp phụ than hoạt tính định cấu trúc vật lý lỗ xốp chúng bị ảnh hưởng mạnh cấu trúc hóa học Thành phần định lực hấp phụ lên bề mặt than thành phần không tập trung lực Van der Walls Hiện nay, việc trực tiếp sử dụng than hoạt tính để hấp phụ dung môi hữu vật liệu than hoạt tính biến tính nghiên cứu ứng dụng nhằm loại bỏ nhược điểm vật liệu than hoạt tính thông thường nâng cao dung lượng hấp phụ, hay tăng khả hấp phụ chọn lọc vật liệu: Takuji Yamamoto, Sho Kataoka, Takao Ohmori (2010), nghiên cứu đặc tính cacbon cryogel kích thước micro (CC microspheres) ứng dụng hấp phụ VOC thu được: cacbon với cấu trúc lỗ xốp, đường kính lỗ mao quản trung bình khoảng từ nm đến 50 nm kích thước lỗ nhỏ với đường kính nhỏ nm; với kết thử nghiệm dung lượng hấp phụ toluen vật liệu CC microspheres cao với cacbon hoạt tính thông thường [35] Feng Dong Yu cộng năm 2002, nghiên cứu khả hấp phụ vật liệu cacbon dạng cấu trúc khối (Activated carbon monolith - ACMs), với thử nghiệm hấp phụ 200C, 400C, 600C, 1000C, 1400C toluen, 1-butanol, etyl axetat; liệu thử nghiệm thu nghiên cứu theo mô hình hấp langmuir, 15 Footer Page 25 of 126 Header Page 26 of 126 freundlich, Langmuir - , freundlich phương trình Toth kết liệu thu phù hợp với hai mô hình Langmuir - freundlich phương trình Toth [11] Hấp phụ benzen zeolit Zeolit có cấu trúc tinh thể, có khung tạo thành mạng lưới không gian ba chiều tứ diện TO4 (Si Al), đơn vị cấu trúc zeolit Các đơn vị cấu trúc thứ cấp SBU, tạo thành liên kết tứ diện TO4 theo trật tự xác định tuân theo quy tắc thực nghiệm Lowenstein Các đơn vị cấu trúc thứ cấp SBU vòng oxy gồm vòng 4, 6, 8, 10, 12… cạnh vòng kép 4x2, 6x2, 8x2, tùy theo cách ghép nối SBU theo kiều hay kiểu mà tạo loại zeolit khác Trong đó, zeolit A, Y, MOR có cấu trúc sau: Zeolit A với công thức chung có dạng: (Na12[(AlO2)12(SiO2)12].27H2O) Zeolit A tạo thành sodalit liên kết với qua mặt cạnh tạo thành cấu trúc hoàn chỉnh Zeolit Y với công thức tế bào sở: Na56[(AlO2)56(SiO2)136].260H2O; Zeolit Y tạo thành sodalit liên kết với qua mặt cạnh Zeolit modenit (MOR) với công thức dạng hydroat: Na8Al8Si4O.O96.24H2O Hình 1.5: Cấu trúc zeolit A, Y, MOR 16 Footer Page 26 of 126 Header Page 27 of 126 Trong zeolit sodalit ghép nối với tạo thành khoang rỗng cửa sổ to, nhỏ khác nhau, nhờ mà Zeolit có cấu trúc “xốp” Tập hợp không gian rỗng tuân theo quy luật định cấu tạo cấu trúc kênh Zeolit Bản chất hệ mao quản Zeolit dehydrat hoá quan trọng, xác định tính chất vật lý hoá học Zeolit Trong Zeolit có loại hệ thống mao quản: hệ thống mao quản chiều, chiều chiều Hệ thống mao quản chiều, có mao quản chiều, đường kính mao quản không phụ thuộc vào hướng…như zeolit A, Y Zeolit Y: Khi tạo thành tế bào tinh thể zeolit Y, đơn vị sodalit liên kết với qua mặt thành phần, cầu liên kết nối đơn vị sodalit với gọi lăng trụ lục giác Như vậy, mặt thành phần có mặt tham gia liên kết lại mặt thành phần mặt tự do, theo cách đơn vị sodalit 16 lăng trụ lục giác tạo thành hốc lớn đường kính 13 A0 Như vậy, tế bào nguyên tố có hốc lớn 16 lăng trụ lục giác , hốc lớn thông với hốc lớn lân cận qua cửa sổ, 12 thành phần có đường kính từ 8÷9 A0 [14] Zeolit MOR: mạng lưới tinh thể zeolit modenit gồm hai hệ thống kênh giao nhau:Kênh lớn hình thành 12 vòng oxi kích thước 7,2 x 6,5 A0; kênh nhỏ hình thành từ vòng gồm oxi kích thước 5,7 x 2,9 A0 Hiện nay, nhiều loại zeolit, zeolit biến tính ứng dụng xử lý VOCs nói chung, benzen nói riêng môi trường không khí như: zeolit Y, MFI, STT, CHA, BEA,… Sự hấp phụ trực tiếp phân tử khí zeolit minh họa mô hình đây: 17 Footer Page 27 of 126 Header Page 28 of 126 Quá trình hấp phụ n-hexan số loại zeolit: Hình 1.6: hình ảnh n-hexan lỗ trỗng zeolit MFI, BEA, STT, CHA Bảng 1.1, hình 1.7 cho biết tính chất đặc trưng dung lượng hấp phụ số zeolit tác nhân n-hexan, axeton, p-xylen cụ thể sau [1]: Bảng 1.1: Tính chất đặc trưng cấu trúc lỗ xốp số loại zeolit Zeolit Thông số Diện tích bề mặt riêng (m2/g) Thể tích lỗ (cm3/g) Kích thước lỗ, Å STT CHA MFI *BEA 526 803 377 490 0,22 0,29 0,18 0,19 5,1x5,5 6,4x7,6 5,3x5,6 5,6x5,2 3,7x5,3 2,4x3,5 3,98x3,98 Theo kết nghiên cứu tác giả A.F Coeron cộng động học hấp phụ 03 loại dung môi cho hình sau: 18 Footer Page 28 of 126 Header Page 29 of 126 a b Hình 1.7: Động học hấp phụ nhexan, p-xylen, axeton zeolit: a) Zeolit STT b) Zeolit BEA c) Zeolit CHA c Mô hình vị trí phân tử benzen hấp phụ đơn vị cấu trúc zeoli HY [15]: 19 Footer Page 29 of 126 Header Page 30 of 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh [1] A.F-Coseron and et, “Adsorption of volatile organic compounds in pure silica CHA, BEA, MFI and STT-type zeolites”, Microporous and mesoporous materials 173 (2013) 147-154 [2] Abdul Halim Abdul Karim Mohammed, Ibtehal Kareem Shakir, Karim Khalifa Esgair, “The use of prepared zeolite Y from Iraqi kaolin for fluid catalytic cracking of vacuum gas oil”, Journal of Engineering, V19, No.10, (2013) [3] Abdulrahman Bahrami, Hosien Mahjub, Marzieh Sadeghian, Farideh Golbabaei, “Determination of Benzene, Toluene and Xylene concentrations in Air using HPLC developed method compared to Gas chromatography”, International Journal of Occupational Hygiene, Vol.3, No.1, 12, 2011 [4] Austin Shepherd, Activated carbon adsorption for treatment of VOC emissions, Boston Massachusetts, 2001 [5] B Silva and et (2011), “Reutilization of Cr-Y zeolite obtained by biosorption in the catalytic oxidation of volatile organic compounds”, Journal of Hazardous materials, 192, PP 545-553 [6] C.L Chuang, P.C Chiang, E.E Chang (2003), “Modeling VOCs adsorption onto activated carbon”, Chemosphere, PP.17 [7] Chaiwat Rongsayamanont, Khaornak Sopajaree, “Modification of synthetic zeolite pellets from Lignite Fly Ash B: Treatability study, World of coal ash, Covington Kentucky-USA, 2007 [8] D Mehandjiev, A Naydenov, G Ivanov (2001), “Ozone decomposition, benzene and CO oxidation over NiMnO3- ilmenite and NiMn2O4-spinel catalysts”, Applied Catalysis A: General 206, PP 13-18 [9] Dombrowski, Jürgen Hoffmann, Johanna Fruwert, Infrared spectroscopic investigation of Hydroxy-group siting in H Faujasites, J Chem Soc., Faraday 10] Fabien Jousse, Scott M Auerbach, Daniel P Vercauteren, “Adsorption sites 20 Footer Page 30 of 126 Header Page 31 of 126 and diffusion rates of benzene in HY zeolite by force field based simulations”, J Phys Chem B, 104, 2360-2370, 2000 [11] Feng Dong Yu, Ling Ai Luo, Georges Grevillot, “Adsorption isotherms of VOCs onto an activated carbon monolith experimental measurement and correlation with different models”, J Chem Eng Data 2002, 47,467-473 [12] Frédéric Delage, Pascaline Pré, Pierre Le Cloirec, “Effects of moisture on warming of activatied carbon bed during VOC adsorption”, J Environ Eng 125, 1160, 1999 [13] G Vitale, L.M Bull, B.M Powell, A.K Cheetham, “A neutron diffraction study of the acid form of zeolite Y and its complex with Benzene”, J Chem.Soc., Chem Com, 1995, 2253-2254 [14] H Robsin, Verified synthesis of zeolitic materials, Elsevier Science B.V, 6971 (2001) [15] Huimin Zheng, Liang Zhao, Qing Yang, Jinsen Gao, Baojian Shen, Chunming Xu, “Influence of Framework Protons on the adsorption sites of the Benzene/HY system”, Ind Eng Chem Res 2014, 53,13610-13617 [17] Huimin Zheng, Liang Zhao, Qing Yang, Shanqing Dang, “Insight into the adsorption mechanism of Benzene in HY zeolites: the effect of loading”, RSC Advances, 1-27, 2016 [18] Isabel A.A.C Esteves, Marta S.S Lopes, Pedro M.C Nunes, José P.B Mota (2008), “Adsorption of natural gas and biogass components on activated carbon” Saparation and purification technology, 62, PP 281 [19] Jons S Gulliver (2012), Transport and Fate of chemical in the environment Springer [20] M.A Lillo-Ródenas, D.Cazorla-Amorós, A Linares-Solano, “Behaviour of activated carbons with different pore size distributions and suface oxygen groups for benzene and toluen adsorption at low concentrations”, Carbon 43, 1758, 2005 [21] Marsh Harry, Fransisco Rodriguez – Reinoson (2006), “Activated carbon”, Elsevier Spain 21 Footer Page 31 of 126 Header Page 32 of 126 [22] Mirjam Czjzek, Hervé Jobic, “Direct determination of proton positions in D-Y and H-Y zeolite samples by neutron powder diffraction”, J Phys Chem, 1992, 96, 1535-1540 [23] Mohamed Mkhtar Mohame, Tarek M Salama, “Effect of mordenite dealumination on the structure of encapsulated molybdenum catalysts”, Journal of Colloid and Interface science 249, 104-112, (2002) [24] Principles of toxicology (2000), Environmental and industrial applications, Jonh Wiley & Sons [25] R.Koch, R Knispel, M Elend, M Siese and C Zetzsch (2007), “Consecutive reactions of aromatic –OH adducts with NO, NO2 and O2: benzene, naphthalene, toluene, m- and p-xylene, hexamethylbenzene, phenol, m-cresol and aniline” Atmospheric chemistry and physic [26] Ralf Koppmann (2007), Volatile organic compounds in the atmosphere, Blackwell Publishing [27] Ransal R.C, Goyal M, Activated carbon adsroption, Taylor & Francis Group, USA, 2005 [28] Saad F Tahir, Carolyn A Koh (1997), “Catalytic oxidation of ethane over supported metal oxide catalysts”, Chemosphere, Vol.34, No.8, PP 1787-1793 [29] Shuai Ban - Utrecht University, Utrecht, Netherlands, Computer Simulation of zeolites: Adsorption, diffusion and dealumination, 2009 [30] Siricharn S Jiraponghan, Juliusz Warzwoda, David E Budil, Albert Sacco Jr, “Simulation of benzene adsorption in zeolited HY using supercage – based docking”, Microporous and Mesoporous Materials 94, 2006, 358-363 [34] Suleeporn Sangrajang (2008), Toxicological review of benzene: cancer aspect, Thai cancer journal [35] Takuji Yamamoto, Sho Kataoka, Takao Ohmori, “Characterization of carbon cryogel microspheres as adsorbents for VOC”, Journal of Hazardous Materials 177 (2010) 331-335 22 Footer Page 32 of 126 Header Page 33 of 126 [36] Wen-His Cheng (2008), “Adsorption characteristics of granular activated carbon and SPME indication of VOCs breakthrough”, Aerosol and Quality research, Vol.8, N0.2, PP.178 [37] William F Naylor, Dennis O Rester, “Determining activated carbon performance”, Pollution Engneering, 1995, 28-29 [38] Wtodzimierz Mozgawa, Magdalena Król, Katarzyna Barczyk, “FT-IR studies of zeolites from different structural groups”, CHEMIK, 65, 7, 667-674, (2011) [39] Yuan Gao, Li LI, Jianjun Zhang, Wenjuan Shu and Liqiong Gao, “Simultaneous determination of triacetin, acetic ether, butyl acetate and amorolfine hydrochloride in amorolfine liniment by HPLC”, Pak.J Pharm Sci, Vol 25, No.2, 389, 2012 Tiếng Việt [40] Trần Quang Sáng, Đỗ Ngọc Khuê, Lê Huy Du (2011), “Nghiên cứu ảnh hưởng kích thước hạt đến khả hấp phụ than hoạt tính dạng bột”, Tạp chí Hóa học, T.49(3),tr 336 [41] Huỳnh Thị Ngọc Trinh, Nguyễn Thị Yến Nhị, “Nghiên cứu cấu trúc tính hấp phụ amonium nước Than Trà Bắc”, Tạp chí Khoa học Công nghệ, số 6, 2012 23 Footer Page 33 of 126 ... Nguyễn Thị Ngân NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN HẤP PHỤ HƠI BENZEN CỦA THAN HOẠT TÍNH, ZEOLIT A, ZEOLIT Y, ZEOLIT MOR VÀ ĐỊNH HƢỚNG XỬ LÝ HƠI BENZEN TRONG MÔI TRƢỜNG Chuyên ngành: Hóa môi trường Mã số:... v y, Footer Page 11 of 126 Header Page 12 of 126 nội dung đề tài Nghiên cứu xác định điều kiện hấp phụ benzen than hoạt tính, Zeolit - A, zeolit - Y, zeolit - MOR định hướng xử lý benzen môi. .. học vật liệu hấp phụ định đến tính chất hấp phụ chọn lọc vật liệu nghiên cứu Hiện nay, loại vật liệu lựa chọn để hấp phụ dung môi hữu bao gồm: than hoạt tính, zeolit, zeolit biến tính, γ-Al2O3,